一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削工艺与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削工艺与装置，它解决了现有技术中骨屑堵塞严重的问题，具有冷却效果好、手术效率高的有益效果，其方案如下：一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，包括主轴，可旋转设置；用于磨削生物骨的捕水磨具，主轴通过超声振动机构与捕水磨具连接，在主轴及超声振动机构带动下，捕水磨具实现纵向运动及旋转运动；冷却及成膜机构，设于捕水磨具的一侧与超声振动机构中超声波发生器连接，底部设置与医用纳米储液杯连接的喷嘴，喷嘴内还可通入压缩气体，以对医用纳米流体进行气动‑超声雾化，以液滴形式冲入磨削区进行有效冷却及润滑；内窥镜，设于捕水磨具的另一侧。

An electrostatic atomization ultrasonic assisted low damage controllable grinding technology and device for biological bone

The invention discloses an electrostatic atomization ultrasonic assisted bone damage control and low grinding device, which solve the problem of clogging in the prior technology, chip has advantages of good cooling effect, high operation efficiency, the scheme is as follows: an electrostatic atomization ultrasonic wave assisted low bone damage control grinding device, including the spindle can be rotated; used for grinding bone harvesting water grinder spindle through ultrasonic vibration mechanism is connected with a water abrasive, driven by the main shaft and the ultrasonic vibration mechanism, abrasive water catching vertical motion and rotational motion; cooling and film-forming mechanism, a collector connected water side of the ultrasonic generator and ultrasonic vibration abrasive mechanism in the bottom of the nozzle is connected with the medical nano liquid storage cup, the nozzle can also pass into the compressed gas to medical nano fluid pneumatic Ultrasonic atomization, droplets to form into the grinding zone for effective cooling and lubrication; endoscope on the other side of the water, fishing tools.

【技术实现步骤摘要】
一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削工艺与装置
本专利技术涉及一种神经外科颅骨磨削、术中冷却、术后创口成膜柔性集成装置，特别是涉及一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削工艺与装置。
技术介绍
在颅底肿瘤摘除手术过程中，以垂体肿瘤为例，外科医生首先利用高速磨具去除鼻中隔、蝶窦前侧骨及蝶窦后侧的蝶鞍等骨结构；由于颅底区结构复杂且分布着重要神经(如视神经、三叉神经、颈动脉)，因此外科医生还需磨除包围着这些神经的骨结构，以识别这些神经的位置并保护它们。金刚石磨具因其对软组织创伤小而受到了神经外科医生的青睐，但金刚石磨具在磨削过程的产热量明显高于其它切削方式的产热量，导致骨坏死和周围组织的热损伤，对组织的凝血功能也有一定的影响。骨磨削是颅底肿瘤摘除手术过程中一种常见的操作，由于各向异性硬脆材料磨削温度场精准控制的关键技术尚未突破，高温热损伤是当前神经外科颅骨磨削的技术瓶颈，然而目前对于骨磨削热的基础性研究非常有限。Yang等研究了干式、滴灌式、喷雾式及气雾式纳米流体冷却条件下骨微磨削表面温度，得出气雾式纳米流体冷却具有理想的冷却效果；将羟基磷灰石、SiO2、Fe2O3纳米粒子及碳纳米管添加到生理盐水中，研究了在气雾式纳米流体冷却条件下不同纳米粒子对骨磨削温度的影响规律。结果表明，纳米粒子热物理性质不同，对骨表面温度的影响也不同[YangM.,LiC.H.,ZhangY.B.,etal.Researchonmicroscaleskullgrindingtemperaturefieldunderdifferentcoolingconditions.AppliedThermalEngineering,2017,Vol126pp.525-537]。针对目前临床颅骨磨削高温热损伤的瓶颈问题，青岛理工大学李长河教授团队对骨磨削设备展开了研究。经检索，张东坤等专利技术了一种的医用外科手术六自由度自动调节机械臂磨削夹持装置(专利号：ZL201310277636.6)，该机械臂磨削夹持装置具有3个旋转、3个移动共计6个自由度，可实现任意位姿的颅骨外科手术操作。该装置主要借助先进的手术器械来操作，用六自由度自动调节机械臂以及安装在机械臂前端的夹持装置，在治疗效果、减轻痛苦、恢复周期、医疗成本等方面具有明显优势；张东坤等专利技术了一种外科手术颅骨磨削温度在线检测及可控手持式磨削装置(专利号：ZL201310030327.9)，通过监测骨磨削的声发射信号来调整砂轮转速，降低磨削骨过程中的磨削温度，从而有效避免对脑组织的热损伤的技术。在砂轮与壳体连接处有声发射传感器，通过信号分析处理模接收声发射传感器检测的骨磨削时的声发射信号，判断是否出现过热情况，通过反馈装置控制直流电机的转速；杨敏等专利技术了一种多自由度颅骨外科手术磨削实验平台(专利号：ZL201410510448.8)，包括微量润滑系统，三自由度平台，电主轴旋转装置，电主轴、磨削力测量装置和磨削温度测量装置。利用三根阶梯状分布的热电偶对磨削温度进行精确地测量，利用磨削测力仪对磨削力进行测量，通过分析实验数据给临床实践提供指导；杨敏等专利技术了一种手持式外科手术磨削温度在线检测及纳米流体相变换热式磨削装置(专利号：ZL201510218166.5)，磨头采用纳米流体相变换热式磨头，通过纳米流体的不断蒸发、冷凝、回流，将磨削区产生的热量带走，降低温度，减少对病人的二次伤害；磨粒周围涂覆对人体安全的荧光粉，通过光纤传感器检测荧光余辉衰变时间常数，利用荧光对温度的依赖性检测待测温度，实现磨削过程中对温度的闭环控制；从动轴上贴有反光条，通过光纤传感器采用比相测量的原理，采用比相测量原理，以激光头和反光条为信号发生器，在线检测磨头的转速和扭矩，实现对病理骨去除情况和磨头寿命的闭环控制；杨敏等专利技术了一种冷却与静电雾化成膜的骨外科手术磨削实验装置(专利号：ZL201510604889.9)，静电雾化内冷磨具与静电雾化成膜装置成套筒式结构，不仅能使冷却液充分雾化并使冷却液液滴分布可控，从而有效降低磨削区温度，还能在骨磨削的同时将医用辅料通过静电雾化成膜装置及时喷向磨削后的创面；通过对可伸缩套筒结构的调节，来调节静电雾化成膜喷嘴的位置，实现对磨削创伤面的雾化成膜保护处理；杨敏等专利技术了一种静电雾化内冷磨头(专利号：ZL201510604803.2)，高压电转换装置套合在磨头柄的外侧且固定设置，导线连接块与高压电转换装置活动连接，高压电转换装置与电源连接。磨头柄内设置内冷孔，内冷孔贯穿磨头和磨头柄，导线连接块通过导线与内冷孔连接。内冷孔为双螺旋孔道，在磨削过程中压缩空气、冷却液或纳米流体经两个螺旋孔中加速后直接喷射到磨削区，从而能有效降低磨削区温度，并冲走磨屑，延长刀具寿命。上海交通大学栾楠等专利技术了一种医疗器械
的骨科手术辅助机器人系统(专利号：ZL201010299237.6)，包括机器人本体、控制器和操纵杆，操纵杆位于机器人本体的手腕处并与机器人控制器相连以传输传递操纵者的手动操作信号，用于主刀医师操纵调整机器人的工作位置；控制器位于机器人本体的底座内并与机器人本体以及操纵杆相连接，可实现对机器人本体的自主控制；机器人本体安放于手术台边辅助主刀医师完成截骨、磨削、固定等操作。哈尔滨工业大学杜志江等专利技术了一种六自由度颈椎骨磨削并联机器人(专利号：ZL201010557067.7)，磨钻电机穿设在动平台内，磨钻电机与磨钻电机连接体固定连接，磨钻电机连接体与动平台固定连接，磨钻体固装在磨钻电机连接体上，磨钻体上设有磨钻顶丝孔，磨钻顶丝孔盖安装在磨钻体的磨钻顶丝孔上，磨钻轴通过联轴器与磨钻电机连接，切削头通过收紧螺母与磨钻轴连接，可解决现有人工颈椎间盘置换手术精度不足、辐射过多、医生工作强度大的问题。重庆迈德菲快科技有限公司谭亚飞等公开了一种用于骨磨削的磨钻(申请号：201610407670.4)，包括磨头以及与磨头连接的磨柄，磨头通过磨柄穿设在支撑杆内，支撑杆的中心轴线和刀柄的轴线平行，在支撑杆上设有限位装置，限位装置在支撑杆上的位置在力的作用下轴向移动并锁定。通过移动支撑杆即可控制切除的范围，使用方便且切除效率高，提高了手术的精准度和进度，可控性高，从而提高了使用安全性。浙江工业大学张丽慧等公开了一种骨磨削装置(申请号：201710436744.1)，设计了一种气液比可控的低温生理盐水喷雾产生装置，生理盐水喷雾温度为0-5℃，实现了一种冷却液用量少、换热效率高的骨磨削冷却方法；同时，喷嘴一端与磨头贴近，借助磨削切向力将生理盐水带入骨磨削区域，保证磨头沿不同方向运动时都能获得有效冷却。经检索，现有的骨磨削装置均没有考虑骨屑排出问题，磨具堵塞严重；磨具亲水性弱，生理盐水不能有效注入磨削区进行冷却；没有考虑冷却液雾化性，冷却液液滴粒径较大，不利于液滴在磨削区的铺展；术后成膜装置纤维射流较粗，透气性差，不利于过滤空气中的细菌和微尘；需配合其他设备使用，会给患者带来不必要的附加损伤，且均有体积庞大、手术装置工作空间大的特点，手术操作难度高、手术效率低。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，该装置实现磨具的纵-扭及旋转运动，有利于骨屑及时排出，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，其特征在于，包括：主轴，可旋转设置；用于磨削生物骨的捕水磨具，主轴通过超声振动机构与捕水磨具连接，在主轴及超声振动机构带动下，捕水磨具实现纵向运动及旋转运动；冷却及成膜机构，设于捕水磨具的一侧与超声振动机构中超声波发生器连接，底部设置与医用纳米流体储液杯连接的喷嘴，喷嘴内还可通入压缩气体，以对医用纳米流体进行气动‑超声雾化后，以液滴形式冲入磨削区进行有效冷却及润滑；内窥镜，设于捕水磨具的另一侧。

【技术特征摘要】
1.一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，其特征在于，包括：主轴，可旋转设置；用于磨削生物骨的捕水磨具，主轴通过超声振动机构与捕水磨具连接，在主轴及超声振动机构带动下，捕水磨具实现纵向运动及旋转运动；冷却及成膜机构，设于捕水磨具的一侧与超声振动机构中超声波发生器连接，底部设置与医用纳米流体储液杯连接的喷嘴，喷嘴内还可通入压缩气体，以对医用纳米流体进行气动-超声雾化后，以液滴形式冲入磨削区进行有效冷却及润滑；内窥镜，设于捕水磨具的另一侧。2.根据权利要求1所述的一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，其特征在于，所述冷却及成膜机构包括换能器外壳，换能器外壳内设置变幅杆Ⅱ，变幅杆Ⅱ顶部设置四层压电陶瓷片Ⅱ，相邻两层压电陶瓷片Ⅱ之间设置与所述超声波发生器连接的电极片。3.根据权利要求2所述的一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，其特征在于，所述变幅杆Ⅱ内部设置进液通道与进气通道，进液通道与所述喷嘴的纳米流体入口相通，进气通道与喷嘴的压缩气体入口相通；或者，喷嘴内设置纳米流体通道与压缩气体通道，在喷嘴内还设置与纳米流体通道相通的内置压缩气体通道，纳米流体通道底部设置加速室，压缩气体通道与加速室连通；或者，加速室包括两个相通的缩径段，第一缩径段与第二缩径段均呈倒圆台状，第二缩径段通过圆筒段与第三段连接，第三段为涡流室。4.根据权利要求1所述的一种静电雾化超声波辅助生物骨低损伤可控磨削装置，其特征在于，所述喷嘴内侧设置由电极托盘支撑的电极，电极与高压静电发生器连接以将喷嘴处的医用纳米流体液滴荷电，进一步细化纳米流体。5.根据权利要求2所述的一种静电雾化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨敏，李长河，张彦彬，贾东洲，李润泽，张乃庆，侯亚丽，张效伟，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37